七彩陽光

洪唯佳

太陽光是最重要的自然光源，它普照大地，使整個(gè)世界姹紫嫣紅，五彩繽紛。

在2017年頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，要求學(xué)生掌握“太陽光包含不同顏色的光”這樣的科學(xué)概念。而七彩陽光正是人眼所能看到的可見光的7種顏色，就讓我們走進(jìn)中國科技館，動(dòng)手操作，看一看多彩的陽光，體驗(yàn)光彩世界里的光和呈現(xiàn)在我們面前的繽紛色彩的關(guān)系。

在中國科技館“探索與發(fā)現(xiàn)”A廳的“光影之絢”展區(qū)，就有這樣2件展品——“分光實(shí)驗(yàn)”和“顏色屋”，展示的就是太陽光的七彩陽光，也解釋了人眼是如何看到顏色的。

分光實(shí)驗(yàn)

偉大的科學(xué)家牛頓曾寫到：“1666年初，我做了1個(gè)三角形的玻璃棱柱鏡，利用它研究光的顏色。為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做1個(gè)小孔，讓適量的日光射進(jìn)來。我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對(duì)面的墻上去，當(dāng)我第1次看到由此而產(chǎn)生的鮮明強(qiáng)烈的光色時(shí)，使我感到極大的愉快。”這就是著名的牛頓分光實(shí)驗(yàn)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，牛頓在墻上看到了1個(gè)彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。牛頓把這種現(xiàn)象叫做光的色散，把這個(gè)顏色光斑叫做光譜。

牛頓做事非常認(rèn)真，他觀察到這種現(xiàn)象后并沒有停止探索，他認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)中看到的光譜是不純的，為了獲得很純的光譜，他設(shè)計(jì)了1套光學(xué)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由2個(gè)三棱鏡組成，當(dāng)白光進(jìn)入第1個(gè)三棱鏡被分解為七色光后，射向1個(gè)只有1條狹縫的擋板，通過調(diào)整擋板，使七色光中的1種透過狹縫。此時(shí)，調(diào)整擋板后的三棱鏡，可以發(fā)現(xiàn)透過三棱鏡的這一種光的顏色并沒有發(fā)生變化。這說明，每一種單色的色光都是純凈的，三棱鏡只是分解了光線，而不是改變了它的性質(zhì)。我們所擁有的是一個(gè)具有多種顏色的太陽，而這些顏色為我們所見到的物體賦予了色彩。牛頓三棱鏡分解太陽光的實(shí)驗(yàn)通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)手段，利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材，揭示了深刻的科學(xué)原理，這為他之后的光學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功，正是源于牛頓善于觀察、勤于思考、勇于實(shí)踐。

在后來的實(shí)驗(yàn)中為了方便取得光源，人們通常用白光光源替代太陽光。白光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等各種色光組成的，故白光叫做復(fù)色光。紅、橙、黃、綠等色光叫做單色光。復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為色散元件的儀器實(shí)現(xiàn)。復(fù)色光進(jìn)入棱鏡后，由于它對(duì)各種頻率的光具有不同折射率，各種色光的傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡時(shí)就各自分散，形成彩色的光譜。

在牛頓分光實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，中國科技館設(shè)計(jì)了“分光實(shí)驗(yàn)”這件展品，它結(jié)合了藝術(shù)與科學(xué)兩方面，深受觀眾喜愛。展品由光源、三棱鏡、漫射裝置等構(gòu)成，除設(shè)置了傳統(tǒng)的白色幕板顯示七色的光區(qū)外，還設(shè)置了一個(gè)由單線體快速旋轉(zhuǎn)形成的芭蕾舞者造型，七色光照射其上，會(huì)形成立體、半透明的七色光區(qū)效果。

操作過程中，首先利用按鈕啟動(dòng)光源，白光經(jīng)過三棱鏡分光后形成七色光，投射到一個(gè)可上下移動(dòng)白色幕板的盒子上。通過搖桿觀眾可操作白色幕板，當(dāng)白色幕板在下方時(shí)，經(jīng)過三棱鏡分光后形成的七色光照射到白色幕板。當(dāng)白色幕板向上移動(dòng)時(shí)，盒子被打開，我們即可看到由單線體快速旋轉(zhuǎn)形成的芭蕾舞者立體造型，美麗的七色光照射在其上，就好像為芭蕾舞者披上了一身七彩霓裳。

顏色屋

人眼是如何看到顏色的呢？人眼具有光的接收器，能夠?qū)⒐庑盘?hào)傳遞給大腦，大腦將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成顏色。光由人類眼球底部薄薄的一層被稱為視網(wǎng)膜的細(xì)胞所接受，在視網(wǎng)膜上有兩種感光細(xì)胞：桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞。桿狀細(xì)胞只有1種，負(fù)責(zé)在亮度低時(shí)接受光；錐狀細(xì)胞有3種，分別對(duì)應(yīng)紅色、藍(lán)色、綠色。當(dāng)我們看到光時(shí)，不同的錐狀細(xì)胞會(huì)將不同的信息送向腦部。例如黃色，當(dāng)有一道真正具有黃色頻率的光線射入你眼睛時(shí)，并沒有專門負(fù)責(zé)接收黃光的錐狀細(xì)胞。但是因?yàn)辄S色和綠色接近，也和紅色接近，所以負(fù)責(zé)紅色和綠色的錐狀細(xì)胞會(huì)被激活，分別傳送信息到人的腦部。又或者當(dāng)紅色和綠色光同時(shí)射入人眼，負(fù)責(zé)紅色和綠色的錐狀細(xì)胞同時(shí)被啟動(dòng)。所以對(duì)于大腦來說，紅光加綠光就成了黃光。那為何人類無法在黑暗中辨別色彩呢？這是因?yàn)樵诘土炼鹊臓顩r下，是由視網(wǎng)膜上的桿狀細(xì)胞來感光，因?yàn)橹挥?種感光細(xì)胞，所以它只能送出1種信號(hào)：亮或者暗，所以沒有辦法使人眼看到顏色。

展項(xiàng)主要表現(xiàn)色光的混合原理，即色光的加法和減法原理。不同顏色混合在一起，產(chǎn)生新的顏色，稱為混色法?；焐譃榧臃ɑ焐蜏p法混色。不同的色光的混合，是遵循加法的原則，如紅、綠、藍(lán)三原色的光按一定比例混合起來，成了白光；紅色光加綠色光照在白紙上，呈黃色；紅光加藍(lán)光混合呈紫色等。減法混色中存在光譜成分的相減，在彩色印刷、繪畫和電影中就是利用減法混色。它們采用了不同顏色涂料，白光照射在涂料上后，光譜中的某些成分被吸收，而其他成分被反射或透射，從而表現(xiàn)出某種顏色。

顏色屋的墻壁是白色的，屋內(nèi)擺放著各色物品：紅色的沙發(fā)和果汁，綠色的茶幾和燈罩，墻上分別是紅、藍(lán)、綠、白的“光影之絢”4個(gè)大字。房間內(nèi)燈光的顏色會(huì)在白色、紅色、藍(lán)色、綠色之間變化，觀眾會(huì)看到家具、地板、墻壁上的字在不同顏色的燈光照射下，呈現(xiàn)出不同的色彩。

顏色不是物體固有的特性，而是光經(jīng)過物體表面吸收和反射之后，我們只能看到反射的光。比如，紅色不是蘋果本身帶有的，而是蘋果表面將其他波長(zhǎng)的光吸收掉，蘋果表面反射的光的波長(zhǎng)被我們的眼睛所接受，大腦識(shí)別是紅色的，所以我們看到的蘋果是紅色的。因此，一個(gè)物體能顯示白色是因?yàn)檫@個(gè)物體能反射所有的光，顯示黑色則是因?yàn)樗芪盏羲械墓狻?/p>